Производство бутандиена и изопрена. Двухстадийное и Одностадийное Дегидрирование бутана. Технологическая схема процесса

Бутадиен - второй после изопрена крупнотоннажный продукт, используемый в качестве мономера для производства каучуков. При нормальных условиях – это бесцветный газ с характерным запахом, плохо растворим в воде, но хорошо в органических растворителях. .

Процесс получения из бутана – основной. Может быть одностадийным и двухстадийным.

® Одностадийное дегидрирование н-бутана.

При одностадийном дегидрировании н -бутана упрощается схема производства, так как исключается одна стадия дегидрирования и разделение продуктов 1-ой стадии. Выход бутадиена-1,3 на израсходованный бутан при одностадийном дегидрировании с учетом всех потерь составляет около 50 %.

Одностадийное дегидрирование основано на том, что при по­вышенных температурах и низких давлениях равновесие реакции дегидрирования н -бутана сдвигается в сторону образования бутадиена-1,3.

Одностадийное дегидрирование н- бутана проводят при пониженном давлении 0,015—0,02 МПа и несколько более высокой температуре, чем дегидрирование н -бутана в бутены (610—630°С). Процесс проводят на алюмохромовом катализаторе, который содержит 18—20 % оксида хрома.

Одностадийное дегидрирование н- бутана проводится в реакторах регенеративного типа. Поскольку процесс идет на алюмохромовом катализаторе, разбавление водяным паром исключается.

Наряду с бутадиеном образуется значительное количество н -бутенов, которые вновь возвращаются в процесс.

Поскольку на дегидрирование поступает смесь н- бутана с н -бутенами, для процесса существенно, чтобы количество н -бутенов в контактном газе было не меньше содержания их в смеси, поступающей на дегидрирование.

Степенью одностадийности процесса называется отношение ко­личества н -бутенов в контактном газе к их количеству в загрузке реактора. Условия дегидрирования и содержание н -бутенов в загрузке должны обеспечивать степень одностадийности порядка 100 %.

Достоинствами процесса одностадийного дегидрирования н- бутана являются упрощение схемы производства, снижение расходного коэффициента по сырью и уменьшение энергетических затрат. Недостатки процесса заключаются в коротких периодах контактирования, что требует сложной автоматики, и в низком выходе бутадиена за проход. Однако экономика процесса одностадийного дегидрирования н- бутана благоприятнее, чем двухстадийного. Катализатор для одностадийного дегидрирования, помимо высокой активности, должен обладать повышенной прочностью и ста­бильностью и хорошей регенерационной характеристикой.

Принципиальная схема одностадийного дегидрирования н -бутана.

1—трубчатая печь; 2—реакторы; 3—топки под давлением; 4— газовая турбина; 5— компрессор; 6—теплообменник; 7 — котел-утилизатор.

Сырье—бутан-бутеновая фракция, содержащая от 25 до 35 % н -бутенов, перегревается в печи 1 до 600—620°С и поступает в часть реакторов 2, где контактирует с катализатором. Температура колеблется от 630 до 590°С в начале и конце цикла дегидрирования. Разрежение в реакторах создается при помощи вакуум-компрессоров. Контактный газ из реактора 2 поступает на охлаждение, после чего направляется на разделение. После окончания цикла дегидрирования поток сырья переключается на следующие реакторы, а реакторы, бывшие в работе, переключаются на продувку для удаления углеводородных паров. После продувки реакторы переключаются на регенерацию топочными газами, содержащими небольшое количество кислорода. Затем производится эвакуация продуктов сгорания пароструйным эжектором, после чего в реакторы вновь начинает поступать поток сырья.

Большое значение для экономики процесса одностадийного де­гидрирования н -бутана имеет рациональное использование тепла газов регенерации. Воздух для регенерации поступает на прием компрессора 5, где компримируется до 0,6 МПа, нагревается в теплообменнике 6 до 520—540°С и в топке 3 до 630 °С за счет сжигания небольшого количества топлива и направляется в реактор 2. Газы регенерации, выходящие из реактора 2, дополнительно нагреваются в соответствующей топке до температуры, отвечающей рациональному режиму работы газовой турбины 4. Из газовой турбины 4, являющейся приводом компрессора 5, газы, охлажденные за счет совершенной работы до температуры 450°С, поступают в топку, нагреваются за счет дополнительного сжигания топлива и отдают часть тепла воздуху в теп­лообменнике 6. После дополнительного подогрева газов регенерации в следующей топке, они используются для генерации водяного пара в котле-утилизаторе 7. Такая схема позволяет работать без потребления водяного пара и электроэнергии со стороны, но требует повышенного давления в реакторе в процессе регенерации.

® Двухстадийное дегидрирование н-бутана.

При двухстадийном производстве сначала дегидрируют бутан в бутены:

.

.

алюмохромовый с промоторами – оксидами металлов.

Затем идет разделение контактного газа первой стадии абсорбцией и ректификацией с выделением бутан-бутиленовой фракции.

Дальше идет разделение ббф экстрактивной дистилляцией с возвратом бутана на стадию дегидрирования.

Вторая стадия заключаются в дегидрировании бутиленов в бутадиен по схеме:

кПа.

.

оксид железа, меди, магния, цинка.

Выход бутадиена на бутены – 35%, селективность до 87%.

Бутадиен применяют для производства стереорегулярного цис-бутадиенового каучука; бутадиен-стирольного каучука и бутадиен-нитрильных каучуков.

 

 

ПОЛУЧЕНИЕ ИЗОПРЕНА

Изопрен (2-метил-1,3-бутадиен) – это легковоспламеняющаяся бесцветная жидкость с характерным запахом, нерастворима в воде, но растворима в органических растворителях.

Формула изопрена:

 

 

Изопрен является мономером для получения стереорегулярного цис -полиизопренового каучука, почти не уступающего по свойствам натуральному каучуку. Некоторые количества изопрена используются для производства бутилкаучука и многих резинотехнических изделий.

Синтез изопрена может быть осуществлен разнообразными ме­тодами. Промышленное применение получили следующие ме­тоды:

Œ Дегидрирование изопентана и изопентенов.

 Синтез из 2-метилпропена (изобутилена) и формальдегида.

Ž Синтез из пропилена.

 Синтез из ацетона и ацетилена.

 

¯ Дегидрирование изопентана и изопентенов. Процесс состоит из 2 стадий:

Ø Пентан изомеризуется в изопентан по схеме:

.

МПа.

.

Ø Дегидрирование изопентана:

.

хромкальций - никельфосфатный.

Очистка изопрена осуществляется ректификацией.

 

¯ Синтез из изобутилена и формальдегида. Процесс состоит из 3 стадий:

Ø Конденсация в присутствии серной кислоты с образованием 4,4-диметил-1,3-диоксана:

 

.

МПа.

 

Ø Каталитическое расщипление:

.

.

Ø Из побочного продукта (3-метилбутандиола-1,3) в тех же условиях образуется изопрен:

 

¯ Синтез из пропилена. Синтез состоит из 3 стадий:

Ø Пропилен димеризуется в 2-метил-1-пентен:

 

Ø Изомеризация в 2-метил-2-пентен:

Ø Деметанизация:

.

МПа.

.

 

¯ Синтез из ацетона и ацетилена. Так же состоит из 3 стадий:

Ø Конденсация ацетилена и ацетона с образованием метилбутинола:

.

МПа. .

Ø Гидрирование метилбутинола в метилбутенол:

.

МПа.

.

Ø Дегидратация метилбутенола:

.

.

.